應用電阻應變片為敏感元件制成各種電阻應變式傳感器(如測力、稱(chēng)重、位移、加速度及扭矩傳感器),其具有精度高、穩定性好、制作簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜,以及電信號易與后續測控儀器相匹配等特點(diǎn),工業(yè)各部門(mén)中廣泛獲應用,力學(xué)量傳感器中,電阻應變式傳感器至今仍占有主導位。,一般電阻應變式傳感器都是適用于室溫(常溫)環(huán)境,使用溫度范圍為 -20~+60 ° C 或 -40~+80 ° C ,對此溫度范圍以上或以下溫度范圍傳感器,國內外研究和公開(kāi)資料很多,而低溫電阻應變式傳感器資料則更少。
按有關(guān)電阻應變片標準規定,所謂低溫環(huán)境是指 -30~-160 ° C ,而極低溫(或深低溫)是指 -162 ° C (液化天然氣 LNG )至液氦( Lhe )所能達到溫度,本文所涉及低溫就是上述極低溫或深低溫范圍。有以下四個(gè)方面,此范圍內新興產(chǎn)品部門(mén)包括:
(1) 超導應用技術(shù):發(fā)電、輸電系統,磁懸浮列車(chē)等;
(2) 液氫( LH 2 , -253 ° C )相關(guān)技術(shù):氫能系統、液氫發(fā)動(dòng)機等;
(3) 原子能:托克馬克裝置;
(4) 液化天然氣應用技術(shù):新能源系統、冷凍部門(mén)應用等。
低溫技術(shù)實(shí)用化,必然會(huì )引起人們對環(huán)境條件下結構安全、可靠性以及經(jīng)濟性等問(wèn)題注意。必要測量結構及部件低溫下應力外,還需要各種適用于低溫環(huán)境條件下電阻應變式傳感器(如低溫引伸計和低溫應力傳感器等),測定各種結構部件材料低溫下力學(xué)性能,以及監測應用過(guò)程中各種壓力變化等,為產(chǎn)品結構質(zhì)量和設備運行安全提供可靠保證。
低溫環(huán)境特殊性,一般市售電阻應變式傳感器都不適用于低溫環(huán)境,加之低溫傳感器用量又特別少,工作中必須實(shí)際需要環(huán)境和條件,自行進(jìn)行研制設計各種電阻應變式傳感器。本文主要介紹研制設計各種低溫電阻應變式傳感器時(shí)應注意幾個(gè)問(wèn)題,以供參考。
二、制作低溫電阻應變式傳感器應注意若干問(wèn)題
低溫電阻應變式傳感器基本結構形式與同類(lèi)常溫用電阻應變式傳感器基本相同,選材、應用工藝等方面應低溫應用環(huán)境特殊性來(lái)加以選擇,通常應注意以下幾個(gè)方面。
1 、傳感器彈性體設計和材料選擇
低溫電阻應變式傳感器彈性體設計準則基本與各類(lèi)高溫用電阻應變式傳感器相同。傳感器精度要求,使用壽命及輸出靈敏度等,彈性體應變量一般控制 800~1500 m m/m 范圍內。各種典型彈性體結構計算式列于表 1 。
彈性體材料,要求其低溫范圍內,具有良好彈性,高抗拉強度,高疲勞壽命以及低溫下不發(fā)生脆性斷裂等。,一般來(lái)說(shuō)常溫用彈性體材料大都可以選用。但目前,壓力傳感器常選用不銹鋼、鋁合金、鈹青銅及殷鋼等,而引伸計等傳感器可選用鈹青銅、鈦合金等材料。
2 、低溫電阻應變片
低溫應變片是低溫電阻應變式傳感器關(guān)鍵敏感元件,其性能影響著(zhù)傳感器各項性能指標。低溫應變片通常是由基底、敏感柵、膠粘劑及覆蓋層等部分組成。各組成元件材料性能又直接影響著(zhù)低溫應變片基本性能。